(57)【要約】【課題】安全性に優れ、且つ、水酸アパタイト等のアパタイトがその活性を十分に発揮しうる、高分子材料とアパタイトとの複合材料を提供すること。【解決手段】本発明の複合材料は、カルボシキル基を側鎖に持つアミノ酸を少なくとも１５モル％含有する植物性タンパク又はポリペプチドからなる基材に、体液類似環境下で、水酸アパタイト等のアパタイトを吸着させることによって得られる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルボシキル基を側鎖に持つアミノ酸を少なくとも１５モル％含有する植物性タンパク又はポリペプチドからなる基材と、該基材に吸着されているアパタイトとからなる複合材料。
【請求項２】
アパタイトが、水酸アパタイトである請求項１記載の複合材料。
【請求項３】
植物性タンパクが、小麦由来グルテン、トウモロコシ由来ゼイン、大豆タンパク又はこれらの混合物である請求項１又は２記載の複合材料。
【請求項４】
ポリペブチドが、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸又はこれらの共重合体、グルタミン酸若しくはアスパラギン酸を１５モル％以上含むポリペプチド、又はそれぞれの塩である請求項１〜３記載の複合材料。
【請求項５】
カルボシキル基を側鎖に持つアミノ酸を少なくとも１５モル％含有する植物性タンパク又はポリペプチドからなる基材に、体液類似環境下で、アパタイトを吸着させることを特徴とする複合材料の製法。
【請求項６】
基材に体液類似環境下でアパタイトを吸着させるに際し、基材を、予めカルシウム塩水溶液で処理しておくことを特徴とする請求項５記載の複合材料の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物性タンパク又はポリペプチドとアパタイトとからなる複合材料、及び、その製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的なアパタイト（リン灰石）は、化学式Ca10(PO4)6X2（X＝F、Cl、OH）で表される。脊椎動物の骨の無機質の主成分は、微結晶の水酸アパタイト（ヒドロキシアパタイト）Ca10(PO4)6(OH)2であり、そのCa/P比は１．５〜１．７程度であることが知られている。従って、アパタイト、特に水酸アパタイトは、優れた生体適合性を有するので、人工骨、人工歯根、骨欠損充填材等としての応用が期待されている。
【０００３】
そして、現に、アパタイト、特に水酸アパタイトは、骨と異物反応なく直接結合するほどの高い生物学的親和性を示すので、人工骨や、再生医療のための材料として、既に、臨床の場で利用されている。また、水酸アパタイトは、カルシウムとリン酸イオンが高密度に規則的に配列した両性イオン交換体として、静電相互作用にもとづく吸着能を有し、タンパク質、核酸、細胞を吸着することが知られている。この性質を用いて、ドラッグデリバリー(DDS)用担体やクロマトグラフィー用充填剤としての応用も期待されている。ウィルス膜に存在するタンパク質が、水酸アパタイトに吸着することに注目して、アパタイト不織布やビーズを応用したウィルス吸着マスクや脱臭抗菌スプレー等、ヘルスケア製品にも用途が拡大している。更に、水酸アパタイトは各種金属イオンの吸着能に優れていることから、有害金属イオンを除去する環境浄化用材料としても、極めて有用であると期待される。
【０００４】
再生医療やDDS 用担体として用いるためには、アパタイト、例えば、水酸アパタイトを加工性に優れた高分子に安定に担持させる必要がある。そのための方法として、例えば、特許文献１のように、高分子繊維を、カルシウムイオンを含む水溶液及びリン酸イオンを含む水溶液にそれぞれ浸漬して、水酸アパタイトの核を繊維表面に吸着させ、引き続いてカルシウムイオンとリン酸イオンの両方を含む水溶液に浸漬して、水酸アパタイトの層を成長させる技術が提案されている。しかし、この方法では、三段階の水溶液処理を経なければならず煩雑である。しかも導入された核は、ポリマーの極性基に弱く誘引されているに過ぎず、ポリマーと直接化学結合していないので、アパタイト膜と基材との間に十分な接着が得られない恐れがある。その他の技術として、高分子と水酸アパタイト粒子を、物理的に混合させて複合化する方法があるが、粒子の大部分は、高分子マトリックスに覆われ表面に露出し難いので、そのままでは、水酸アパタイトの優れた特性が発揮されにくい（特許文献２）。しかも、特許文献２の方法では、コラーゲンなどの動物性タンパクに水酸アパタイトを析出させるので、ウィルスやプリオンをはじめとする病原物質を媒介する恐れがある。
【特許文献１】特開２００１&#8722;３１４０９号公報
【特許文献２】特開２００１&#8722;２７６２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、安全性に優れ、且つ、水酸化アパタイト等のアパタイトがその活性を十分に発揮しうる、高分子材料とアパタイトとの複合材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、本発明は、カルボシキル基を側鎖に持つアミノ酸を少なくとも１５モル％含有する植物性タンパク又はポリペプチドからなる基材と、該基材に吸着されているアパタイトとからなる複合材料である。
【０００７】
本発明の複合材料は、カルボシキル基を側鎖に持つアミノ酸を少なくとも１５モル％含有する植物性タンパク又はポリペプチドからなる基材に、体液類似環境下で、アパタイトを吸着させる方法によって製造することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、有機高分子として植物由来タンパク質あるいはポリペプチドを選択した。これらは、ウィルスやプリオンをはじめとする病原物質を媒介する恐れがなく安全性に優れており、しかも生分解性、生体吸収性に富んだ材料である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明では、ウィルスやプリオンをはじめとする病原物質を媒介する恐れがなく安全性に優れると共に、生分解性に富んだ有機高分子として、植物由来タンパク質あるいはポリペプチドを、基材として選択した。そして、アパタイトが効率良く吸着されその表面を被覆する基材として、カルボシキル基を側鎖に持つアミノ酸を少なくとも１５モル％含有する植物性タンパク又はポリペプチドが、最適であることを見出したものである。カルボシキル基を側鎖に持つアミノ酸の含有量が、全アミノ酸の１５モル％未満の場合には、アパタイトの吸着量が十分ではなく、好ましくない。
【００１０】
本発明において、植物性タンパクとしては、小麦由来グルテン、トウモロコシ由来ゼイン、大豆タンパク又はこれらの混合物が好ましく用いられる。また、ポリペブチドとしては、ポリグルタミン酸又はその塩、ポリアスパラギン酸又はその塩、グルタミン酸とアスパラギン酸の共重合体又はその塩、グルタミン酸若しくはスパラギン酸を１５モル％以上含む任意の重合度のポリペプチド又はその塩等があるが、ポリグルタミン酸又はその塩が、特に好ましい。これらポリペプチドは植物由来でも、あるいは化学的に合成されたものでも好適に利用できる。これらの植物性タンパク又はポリペブチドは、フィルム、繊維、粉末あるいはゲル等の形状の基材として用いられる。
【００１１】
また、これらは単独で用いるほか、加工性、成形性、耐候性、耐水性を高めるために他の有機高分子を混合して用いても良い。混合する高分子としては、ポリアミド樹脂（ナイロン、芳香族ポリアミドなど）、ポリメタクリレート系樹脂、ポリエ&#8722;テル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリル酸、ポリエーテルサルフォン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミノ酸（ポリリジンなど）、多糖類（セルロース又はその誘導体、アルギン酸、ペクチン、ジェランガム、デキストラン、デンプン、キチン、キトサン、グルコマンナン等）、ポリビニルアルコール、エチレンービニルアルコール共重合体が例示される。
【００１２】
本発明において用いられるアパタイト（リン灰石）は、化学式Ca10(PO4)6X2（X＝F、Cl、OH）で表されるものである。これらの中で、特に好ましいのは、水酸アパタイト（ヒドロキシアパタイト）Ca10(PO4)6(OH)2である。なお、生体中の水酸アパタイトは、Ca
2＋、PO43−、
OH−以外に、Na＋、K
＋、Mg2＋、F−、Cl−、CO32−
、PO43−などの陽、陰イオンを含有しており、特に炭酸基は多いので正確には炭酸水酸アパタイトであるとも言われているが、本発明における水酸アパタイトは、このようなものも含むものである。
【００１３】
本発明の複合材料は、カルボシキル基を側鎖に持つアミノ酸を少なくとも１５モル％含有する植物性タンパク又はポリペプチドからなる基材に、体液類似環境下で、アパタイトを吸着させることによって製造・調製される。体液類似環境下とは、ヒトの細胞外液とほぼ等しい無機イオン濃度を有する擬似体液（ＳＢＦ）、又はその濃縮液を用いて、この液（アパタイトを溶解している）と基材を接触させることを意味する。なお、少なくともカルシウムイオンとリン酸イオンを含むものは、本発明の擬似体液に含まれるものである。
【００１４】
接触させる擬似体液としては、カルシウムイオンを0.1〜100mmol/L（好ましくは1〜15mmol/L）並びにリン酸イオンを0.1〜100mmol/L（好ましくは0.1〜5mmol/L）含む様な体液類似の水溶液が好ましい。この液は、緩衝液を加えｐＨを調整しても良く（好ましくはｐＨ6〜9）、また、必要に応じて、防腐剤などを加えても良い。また、生成した水酸アパタイトの吸着特性や、生体親和性、抗菌性、光触媒活性などを高めるために、予め、水溶液中にケイ酸イオン、炭酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、アルカリ土類金属イオン（マグネシウム、ストロンチウムなど）、亜鉛イオン、アルミニウムイオン、遷移金属イオン（例えば、鉄、コバルト、マンガン、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブ、モリブデン、銀、銅、スズなど）を添加しておいても良い。
【００１５】
アパタイトを、フィルム、繊維、粉末あるいはゲル等の基材に吸着させる方法としては、アパタイト、例えば、水酸アパタイトに対して過飽和な液に、基材を浸漬して表面にアパタイトを析出・吸着させる方法が適当である。また、アパタイトを吸着させるに際し、基材を、予めカルシウム塩水溶液で処理しておくと、アパタイトがより効率良く析出し吸着されるので好ましい。用いるカルシウム塩としては、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、酢酸カルシウム、硝酸カルシウム、メタクリル酸カルシウム、乳酸カルシウム、安息香酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム等水溶性のものであれば特に限定されない。また、カルシウムイオン濃度は0.01mol/L〜10mol/Lであることが好ましい。以下、実施例を示して、本発明を具体的に説明する。
【実施例】
【００１６】
[基材の調製]
植物タンパクとして小麦由来のグルテン並びにトウモロコシ由来のゼインを用いた。先ず、グルテン粉末5 g をエタノール48 mL 中に分散させ、超純水40 mL を徐々に添加して懸濁液を得た。これを3 時間攪拌した後テフロン（デュポン社商品名）製容器に移し、60℃で1日乾燥してフィルム状の試料を得た。一方、ゼイン粉末1 g をアセトン50 mL に溶解して3 時間攪拌した後、テフロン製容器に移し、60℃で約1 日乾燥してゼインフィルムを得た。
【００１７】
ポリグルタミン酸については、以下のようにしてゲル状試料を得た。まずポリグルタミン酸の10 質量%水溶液30mL に、架橋剤としてエチレンジアミン−ヒドロキシコハク酸イミド塩0.2g 、並びに1-エチル-3-（3-ジメチルアミノプロピル）-カルボジイミド塩酸塩0.96g を加え、1 日静置した。これら試料を、引き続いて1 mol/L の塩化カルシウム水溶液30 mL に1 日浸漬し、表面にカルシウムイオンを保持させた。
【００１８】
[体液類似水溶液への浸漬]
表1 に示す様に、ヒトの細胞外液とほぼ等しい無機イオン濃度を有する擬似体液(Simulated
body fluid、SBF)のイオン濃度を、全て1.5 倍に高めた水溶液(1.5SBF)を調製した。緩衝剤としてトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンを用いて、液のpH
を7.25 に調整した。その後、防腐剤としてアジ化ナトリウムを、0.1 mass%となるように添加した。先に得られたフィルムを、30 mL の1.5SBF に7
日間浸漬した。これら試料の表面構造変化を、薄膜Ｘ線回折並びに走査電子顕微鏡(SEM)観察により調べた。更に、ゼインについては、1.5SBF 浸漬前後の重量変化を測定して、アパタイト形成速度を算出し、従来技術と比較した（表２参照）。
【００１９】
【表１】
2006181159.tif 000002
【００２０】
[結果]
図１に、1.5SBFに7
日間浸漬後の、未処理の、あるいは塩化カルシウム水溶液処理された、グルテン並びにゼインフィルムの薄膜Ｘ線回折パターンを示した。この条件下では、未処理の試料においては、ピークは観察されなかったのに対し、塩化カルシウム水溶液処理した試料においては、水酸アパタイトに帰属されるブロードなピークが観察された。同試料のSEM
写真を図2（グルテン） と図３（ゼイン）に示した。塩化カルシウム水溶液処理した試料においては、水酸アパタイトと考えられる析出物の形成が観察された。ポリグルタミン酸の場合にも、図４に示した様に、表面に同様のアパタイトの析出が観察された。
【００２１】
これらの結果から、植物由来タンパク表面に予めカルシウム塩水溶液処理を施すと、体液類似環境下で、アパタイトが効率良く析出するようになることが明らかになった。本発明で使用したポリペプチドは、側鎖にカルボキシル基を有するアスパラギン酸やグルタミン酸のような酸性アミノ酸を多量に含有している。このカルボキシル基が、アパタイト、例えば、水酸アパタイトの不均一核形成を誘導し、一方で、導入されたカルシウムイオンが周囲の液中に溶出することにより、液のアパタイト、例えば、水酸アパタイトに対する過飽和度が上昇し、アパタイト形成が促進されたものと考えられる。
【００２２】
5 枚のゼインフィルムについて行った重量変化測定結果を、表2
に示した。この結果によれば、試料の単位重量当たり平均被膜形成速度は、0.122 g / g・日と算出された。この値は従来技術（特許文献１における比較例1）の0.0464
g / g・日と比較して2.6 倍である。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
本発明によれば、タンパクと、アパタイト、例えば、水酸アパタイトからなる複合材料を、常温常圧の下で簡便に合成できることが分かった。本発明は、ポリアスパラギン酸や、納豆に多く含まれることが最近明らかになった、ポリグルタミン酸など酸性アミノ酸に富む他のタンパク質やポリペプチドにも適用できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
基材となるポリペプチドは主に植物由来の安価なものであるので、本発明によりこれらポリペプチドを、人工骨、人工軟骨、組織工学用担体などの生体材料、抗菌材料、環境浄化材料、マスクなどの衛生用品等として、低コストで高機能化できると期待される。更に納豆樹脂や生分解性バイオポリマーなどの、新素材の有効利用にも直結する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】未処理と塩化カルシウム水溶液処理された、グルテンとゼインフィルムの薄膜Ｘ線回折パターンを示す図である。
【図２】グルテン表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】ゼイン表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】ポリグルタミン酸ゲル表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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